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2ème Colloque Nationalde la Performance Industrielle

LA MAINTENANCE A DISTANCE & E-MAINTENANCE

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RESEAUX INDUSTRIELS ET TELEMAINTENANCE

Jean-Philippe LAMBERT – CIMI

CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013

Simplifier le câblage des capteurs, (pré)actionneurs, équipements de sécuritéMesurer, commander, paramétrer et diagnostiquer de façon précise et à distance

Contreparties :Outils de paramétrages et de diagnostic complexes et variésVeiller à la qualité des raccordements, règles de topologiesInteropérabilité : de multiples solutions chez de multiples constructeurs...Gestion des versions logicielles / firmwares

BUS DE TERRAIN INDUSTRIELS : FINALITES


Câblage : 1.5² multibrin, pas de blindageScrutation des E/S TOR < 10 ms garantiAlimentation des esclaves via le bus, alimentation auxiliaire pour pré-actionneursApplication typique : convoyageMulticonstructeur : automates, capteurs, départs moteurs, variateurs, distributeurs, vérins, boutons, voyants, dispositifs de sécurité...Large offre IP67Raccordements et configuration simples

AS-i : spécificités


Pas de routage ; données accessibles via l’automate ou passerelleScrutation performante pour les E/S TOR uniquement62 esclaves maxi, 100m sans répéteur4 E / 4 S TOR maxi par esclaveAlimentation spécifique (ou module de découplage pour alim 24V classique)Veiller à la qualité des équipements (étanchéité) dans certains milieux (huile...)

AS-i : contraintes


Connexion au bus/réseau de l’automate gestionnaire : Profibus, ProfiNet, Modbus TCP...Large choix de constructeursPeuvent intégrer 1 ou 2 maîtres ASi, l’alimentation ASi, un moniteur de sécurité, un automateFonctionnalités réseau fréquentes : serveur Web, envoi d’e-mail

Bihl-WiedemannIFM

Siemens

AS-i : Passerelles


Très complet : E/S déportées, variation de vitesse et positionnement, IHM, multi-maître, consolesLa plupart des constructeurs le proposent en optionAutomates : intégré chez Siemens essentiellementSelon le débit, de 100m à 1200m sans répéteurOffres variées, surtout IP20.125 esclaves maxi

WAGO, Beckhoff

Siemens

SEW

Maître

Segment Segment

SegmentMaxi 32 stations par segment

Répéteur

Profibus-DP: spécificités


Pas de routage (sauf via matériel Siemens) ; données accessibles via l’automate ou passerelle Programmation et diagnostic d’esclaves tiers parfois délicate (pas de standard d’organisation des données de process et de diagnostic, échanges parfois non implicites, versions de fichiers GSD, maître non Siemens)Temps de scrutation difficile à évaluer et à contrôler (voir utilitaire sur site Siemens)

Profibus-DP : contraintes


CANOpen : spécificités

Applications types: modules d’E/S déportées, variation de vitesse, positionnementDonnées process et de diagnostic standardisés par profil d’équipementGestion des échanges performante : modèle producteur/consommateurLa plupart des constructeurs le proposent en optionAutomates : intégré sur logiciel Schneider UnitySelon le débit, 25m à 1000m (pas d’extension par répéteur)127 « esclaves » maxi

Schneider, B&R

JVL


CANOpen : contraintes

Pas de routage ; données accessibles via l’automate ou passerelle

Pas d’extension par répéteur Mise en oeuvre délicate sur Schneider PL7-Pro,

facilitée avec Unity Non déterministe (mais échanges optimisés) Offre constructeurs plus limitée


Ethernet Industriel : pourquoi

Standards Ethernet éprouvés et toujours plus performants pour un coût limité : RJ45, fibre, sans fil, 100Mbits/s Full Duplex

Topologie de type « bus » souvent proposée (daisy chain) : les équipements intègrent un switch à 2 ports. 100 mètres maxi entre équipements

Intelligence embarquée => Ethernet rend possible l’intégration de services (Web, e-mail...) TCP/IP pour la configuration, le diagnostic, les alertes sur chaque équipement

Lien simplifié vers IHM, MES, ERP...

Echanges entre équipements hétérogènes facilités (cependant les protocoles restent spécifiques aux constructeurs)

Solution PoE : transmission de l’alimentation via le câble.

Interconnexion aisée aux réseaux WiFi


Ethernet Industriel : contraintes

Interopérabilité : les supports physiques sont standards (ou compatibles), ainsi que les services TCP/IP usuels. Cependant, les protocoles diffèrent d’un constructeur à l’autre.

Ethernet est intrinsèquement non déterministe. Pour les applications nécessitant du « temps réel » (ex : positionnement), différentes stratégies sont adoptées par les constructeurs, basées sur une électronique et/ou des mécanismes d’échanges spécifiques.

Utilisation de connectique durcie, cordons blindés et switches industriels recommandée.

Anneau optique : meilleure disponibilité du réseau, mais nécessite souvent des switches de même marque.

Phoenix contactRJ45, SC (fibre), M12IP67, autodénudants

Switch administrable LantechFilaire et optique M12, gestion d’anneau

Switch administrable Ethernet DirectFilaire RJ45 et optique SC, gestion d’anneau


ProfiNet IO : successeur de Profibus DP

Couche physique Ethernet spécifique pour ProfiNet IRT (mais compatible avec Ethernet standard)Développé par Siemens2 variantes : ProfiNet RT (E/S), ProfiNet IRT (positionnement)Solutions sans fil, passerelles Profibus/ProfiNet

ET200SSinamics G120CPU IM151-8SEW Movidrive B

Festo CPX


EtherNet/IP (« IP » = « Industrial Protocol »)

Couche physique = Ethernet standard.Initialement Rockwell. Schneider, nouvelle offre Omron « Sysmac »Basé sur le protocole CIP (comme DeviceNet, ControlNet, Compobus). Modèle producteur/consommateur.Scrutation d’E/S, positionnement, IHM

E/S Advantech

Ilôts pneumatiquesNumatics,

Festo

Rockwell FlexIO,Schneider ETB

SchneiderLexium32 (servo), ATV32


Ethernet Powerlink

Couche physique Ethernet standardDéveloppé B&R Automation. Hilscher, Schneider, Staübli, CognexPhilosophie CANOpen, avec un équipement « Manager »Scrutation d’E/S, positionnementFonctionne sur Ethernet Half-Duplex (hubs conseillés !)

Variateur(asynchrone)

Servo -variateurSynchrone mono, multiaxe

Modules d’E/S IP20, IP67


EtherCAT

Couche physique Ethernet spécifique, compatible avec Ethernet standard dans une certaine mesure.Initié par Beckhoff. Lenze, nouvelle offre Omron, ABB, Festo, Hilscher, KEB, SEW, Schneider proposent des options.Protocole basé sur CANOpenTopologie de base : linéaire, chaque esclave re-émet vers le suivant. Le retour des données vers le maître s’effectue par « rebond » sur le dernier esclave.Adressage topologique (automatique)

E/S ABB

Servo var. BeckhoffCPU Beckhoff E/S Beckhoff IP67

Servomoteurs 130W


Modbus TCP : le protocole ouvert

Couche physique = Ethernet standard.Protocole réellement ouvert, gratuit, simple à intégrerLimitation : échange de données (autres services possibles mais non standardisés)Proposé en natif ou option par la plupart des constructeurs et éditeurs de logicielsApplications : GTB, IHM, automatismes « non temps réel »Souvent utilisé entre équipements de marques différentes (automates, robots, logiciels...)

ICP DASSchneider Leroy

Wago


Communication inter-automates

Exemple 1 : Siemens Schneider, sans passerelleModbus RTU : équiper chaque automate d’un module liaison série RS485Modbus TCP : client/serveur intégré sur coupleur Ethernet Schneider. Sur API Siemens S7, variable selon les versions de matériels.

EthernetModbus TCP

RS485Modbus RTU

Serveur

Esclave

Client

Maître


Communication inter-automates

Exemple 2 : Siemens Schneider, avec passerelle

Profibus, MPI,Industrial Ethernet

Unitelway, Modbus,Modbus TCP sur Ethernet

Donnéespartagées

HMS Anybus B&B VLinx Hilscher NetTap

Passerelle


OPC : Finalités

Au niveau informatique, accéder aux données process (typiquement issues des automates) en s’affranchissant des spécificités des différents bus et réseaux de terrainStandardiser des échanges de données entre logiciels, localement ou par réseauBasé sur TCP/IP : accès aux machines distantes


Serveurs OPC « constructeurs »

Ethernet

Mod

bus

TCP

ISO

807

3 on

TC

P

Eth

erN

etIP

Schneider Siemens Rockwell Eurotherm

RS232, RS485

Mod

bus

Avantage : accès simplifié aux données process par leur nom : gain de temps de développement

Inconvénient : si parc hétérogène => licences multiples

Clients OPC : supervision, MES...

Serveur Serveur Serveur Serveur

Communication OPC


Serveurs OPC « universels »

Ethernet

Mod

bus

TCP

ISO

807

3 on

TC

P

Eth

erN

etIP

Schneider Siemens Rockwell Eurotherm

RS232, RS485

Mod

bus

Avantage : une seule licence

Inconvénient : import des noms des variables « manuel »

Clients OPC : supervision, MES...

Serveur OPC

Communication OPC


internetinternet

Accès à distance par internet

Connexion aux systèmes de contrôle-commande (automates, supervision...)

ConduiteDiagnostic, mises à jour de programmesRecueil de données pour préventif, prévisionnel...VPN : réseau privé virtuel. La connexion via internet (cryptée) est rendue transparente pour l’utilisateur

Liaisons sécurisées

Logiciel de conduite, diagnostic...


Accès à distance : exemple 1

Un VPN est créé pour chaque connexion machineLe modem doit posséder une connexion Ethernet ou bus de terrainLe réseau de l’entreprise peut servir de support aux liaisons.Solutions sans fil : GPRS, UMTS (« 3G »)Adapté aux liaisons permanentes ou temporairesExemple de fournisseur :

Bus de terrain, Ethernet indus.

Réseau inter entrepriseEthernet, WiFi

serveur



Logiciel de conduite, diagnostic...


Accès à distance : exemple 2

Adapté aux interventions ponctuelles.Nécessite un intervenant local ; le logiciel de diagnostic/programmation est installé sur le poste local, et pris en main à distance par le télé-prestataireLe PC de l’entreprise doit posséder une connexion Ethernet ou bus de terrainLe réseau de l’entreprise sert de support à la liaison sécuriséeExemple de fournisseur : (gratuit pour les particuliers)

Bus propriétaire ou Ethernet

RéseauEntreprise

Serveur fournisseur

Liaison sécurisée

Liaison sécurisée

Logiciel de diagnostic/programmation

Connexion via le site du fournisseur

Prise en main à distance du PC de l’entreprise,

téléchargement de données, mises à jour logiciels...


Conclusion

La généralisation d’Ethernet TCP/IP sur les équipements industriels ouvre la voie au diagnostic à distanceRecueil de données terrain : pour pallier à la diversité des protocoles, des solutions existent : passerelles matérielles ou logicielles (OPC), ou utiliser MODBUS TCP.La démocratisation des solutions VPN rend les équipements accessibles aux logiciels de diagnostic et programmation.

2ème colloque national logo partenaire de la performance ... · sew movidrive b festo cpx. cimi...

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